纳米金属因其独特的结构特征和众多优异的力学和物理性能,在过去的三十年间受到了材料科学界和工业界的广泛关注。至此,材料学者们已经发展出一系列的纳米金属材料制备技术,涵盖“自上而下”和“自下而上”的路径,由此得以深入研究纳米金属的新颖物理化学现象和揭示其复杂的结构-性能关系。目前,纳米金属领域的研究仍然面临一些重要问题,其中包括超细晶/纳米晶金属普遍因缺乏加工硬化能力而拉伸塑性不佳;人们对塑性变形引起的结构纳米化以及材料强化的极限仍然缺乏认识。这些重要的科学问题亟需通过更深入、更系统的实验研究和理论分析予以解决。本硕士论文利用两种成分的铁锰二元合金作为模型材料,利用表面纳米化技术制备纳米结构铁锰合金,以期探索较高程度合金化对纳米金属制备和组织-性能调控的影响。其中,Fe-23Mn合金是高锰TRIP钢的模型合金,涉及面心立方-密排六方马氏体相变,对其进行结构纳米化可以为纳米晶中的马氏体相变行为以及相变诱发塑性效应对纳米晶金属力学性能影响的研究提供重要条件;Fe-12Mn合金是中锰钢的模型合金,其室温组织具有超细亚结构和高位错密度,在此基础上进行严重塑性变形可以探寻该合金体系的结构细化极限和强化极限。本硕士论文的主要研究结果如下:1)当Fe-23Mn合金的加热温度超过200℃即达到单相奥氏体状态。因此,我们可以在较低温度对其进行奥氏体预变形。为了提高结构细化效率,我们采用了表面温辊压技术对Fe-23Mn合金进行处理。研究结果表明,表面温辊压处理在Fe-23Mn合金表面形成了梯度纳米结构,最表层材料的平均晶粒尺寸为70纳米,其主要物相为高温奥氏体相。与此相比,粗晶态材料的室温组织以ε-马氏体相为主。这表明塑性变形引起的纳米晶结构显著提高了奥氏体相的稳定性。对梯度样品在室温进行拉伸变形,纳米晶Fe-23Mn合金组织发生了变形诱发马氏体相变并伴随着硬度的提升,即发生了应变硬化。纳米层片状的ε-马氏体在变形过程中发生显著长大。这些结果展示了一种结合合金成分设计和塑性变形制备亚稳纳米金属的新颖方法,表明通过激发动态相变可以使纳米晶金属获得应变硬化能力。2)Fe-12Mn合金在室温下是具有超细亚结构和高位错密度的马氏体组织。这为后续通过塑性变形处理进行结构纳米化提供了特殊的有利条件。对此,我们利用纳米化效率突出的表面研磨技术处理Fe-12Mn合金棒材,获得梯度纳米结构样品。由于Fe-12Mn合金的塑性优异,其可以承受8道次的表面研磨处理。我们对表层纳米组织进行了系统的结构表征和硬度测量,发现Fe-12Mn合金梯度样品的最表层具有纳米层片结构,其平均层片厚度为30纳米。该层片结构尺寸大于同样参数处理的IF钢的纳米层状结构。然而,纳米层片结构Fe-12Mn合金的显微硬度高达8.5 GPa,远高于22纳米厚的纳米层片状无间隙铁素体钢（5.3 GPa）。这表明层片尺寸并非决定其强度的唯一因素。上述结果表明结合合金化设计和严重塑性变形可以为探索纳米金属的强度极限提供新的机会。